Was ist Ethereum?

Lernergebnisse:

1. Was Ethereum ist
2. Wie Smart Contracts und die virtuelle Maschine von Ethereum funktionieren 
3. Der Unterschied zwischen Ethereum und Bitcoin 
4. Wie Ethereum durch „the Merge“ von Proof-of-Work (PoW) zu Proof-of-Stake (PoS) wurde 
5. Die verschiedenen Anwendungsfälle und das Ökosystem von Ethereum

Was ist Ethereum?

Ethereum ist eine Open-Source-Blockchain-Plattform für den Einsatz von Computerprogrammen, sogenannten Smart Contracts, ohne den Umweg über eine zentrale Behörde.

Die Smart Contracts von Ethereum, die oft als „Weltcomputer“ bezeichnet werden, bilden einen offenen Marktplatz für digitale Anwendungen (dApps). Von Finanzen und Verwaltung bis hin zu Gaming und sozialen Medien: dApps stören die Genehmigungsmodelle von Amazon, Google und Facebook.

Ethereum betreibt auch eine eigene Kryptowährung namens ether (ETH), um dApps für die Anmietung seiner Rechenleistung zu bezahlen. Ein dezentralisiertes Netzwerk von Computern erfasst den Stand der ETH-Konten und den Status von Smart Contracts und speichert diese Informationen in der Ethereum-Blockchain.

Ethereum wurde im Jahr 2013 von dem kanadischen Programmierer Vitalik Buterin entwickelt. Buterins Idee entwickelte sich aus einem alternativen dezentralisierten Zahlungsnetzwerk, als er erkannte, dass Blockchains nicht nur für neue Formen des Internet-Geldes genutzt werden können, sondern auch für den Austausch von Daten. 

Ethereum wurde im Juli 2015 auf den Markt gebracht und sein Erfolg hat ein wachsendes Ökosystem inspiriert, das Milliarden von Dollar an Wert unterstützt. Konkurrierende Blockchains wie Solana und Cardano versuchen, das Konzept der dezentralisierten Datenverarbeitung von Ethereum zu imitieren und zu verbessern. 

Zustandsänderungen und die Ethereum Virtual Machine (EVM) 

Wie jedes Computersystem hat auch Ethereum seine eigene Sprache – Solidity – in der Smart Contracts geschrieben werden. Es gibt auch ein Mittel zur Verarbeitung der kodierten Anweisungen innerhalb von Smart Contracts, die Ethereum Virtual Machine (EVM).

Der EVM wird von den Computern, die das Ethereum-Netzwerk bilden, gemeinsam genutzt. Ihre Aufgabe ist es, eine kanonische Version des EVM aufrechtzuerhalten; eine unbestreitbare und unveränderliche Quelle der Wahrheit über den Zustand der Anwendungen und Konten, die Ethereum unterstützt. 

Jedes Mal, wenn sich ein Smart Contract oder der Kontostand eines ETH-Kontos ändert, wird die Transaktion an die EVM übermittelt und der Zustand des Kontos aktualisiert und in der Ethereum-Blockchain aufgezeichnet, wobei das gesamte Netzwerk seine Richtigkeit bestätigt. 

Ethereum erhebt Gebühren für die Ausführung von Smart Contracts, die in Ether-Einheiten angegeben werden (GAS). 

Ethereums Netzwerkteilnehmer 

Um die Genauigkeit und Unabhängigkeit der Blockchain aufrechtzuerhalten und allen Nutzern einen offenen Zugang zu ermöglichen, verwendet Ethereum ein offenes Netzwerk mit drei verschiedenen Teilnehmern, die als „Nodes“ bezeichnet werden.

Ein Node ist ein Computer, auf dem die Softwareanwendung läuft, die das Funktionieren von Ethereum ermöglicht und als „Client“ bezeichnet wird. Clients sind in verschiedenen Programmiersprachen und von verschiedenen unabhängigen Quellen verfügbar, was zu einer Client-Vielfalt führt, die der Sicherheit von Ethereum insgesamt zugute kommt.

Alle Nodes sind in einem Netzwerk miteinander verbunden, das sich freiwillig koordiniert, um Transaktionen zu überprüfen und den wahren Stand der gemeinsamen Blockchain zu erhalten. 

Full Nodes

• Pflegen und Speichern eine Kopie der Ethereum-Blockchain 
• Werden regelmäßig aktualisiert, um die Größe der Blockchain zu verwalten 
• Stellen Daten auf Anfrage zur Verfügung  
• Können Blöcke und Zustände verifizieren 
• Können neue Blöcke validieren 

Lightweight Nodes 

• Pflege und Speicherung einer reduzierten Kopie der Ethereum-Blockchain mit nur der minimalen Menge an Daten, die für Transaktionen erforderlich sind 
• Archive Nodes 
• Ein historisches Archiv aller Zustandsänderungen; ist nicht erforderlich, um Blöcke zu validieren 

Der Konsensmechanismus von Ethereum 

Full Nodes führen zwei Teile der Client-Software aus: der erste ist für die Ausführung der Smart-Contract-Anweisungen oder neuer Transaktionen im EVM zuständig, der andere ist die Konsenssoftware, die sicherstellt, dass die Änderungen gültig sind.

Durch Ausführung eines Validierer-Clients können Full Nodes auch die Funktion eines Validierers übernehmen. Ein Validierer kann neue Blöcke vorschlagen, die einen Stapel der letzten Zustands- und Kontostandsänderungen enthalten, die der Blockchain hinzugefügt werden sollen. Als Gegenleistung für ihre Dienste erhalten die Validierer eine Belohnung in ETH sowie einen Teil der für die Transaktionen erhobenen Gebühren.

Das Ethereum-Verfahren, mit dem die Gültigkeit der in neuen Blöcken aufgezeichneten Informationen bestätigt wird, heißt Proof-of-Stake (PoS).

Bei PoS werden Full Nodes ausgewählt, die als Validierer (auch Staker genannt) agieren, um neue Blöcke zu erstellen und Transaktionen zu validieren, basierend auf der eingesetzten Menge an ETH.

Validierer müssen mindestens 32 ETH einsetzen, aber je mehr über diesem Schwellenwert liegen, desto wahrscheinlicher wird ein Validierer ausgewählt, um einen neuen Block vorzuschlagen. Die Alternative ist, weniger als 32 ETH in einen Staking Pool einzuzahlen. 

Staking Pools werden von einem einzigen Validierer geleitet, der die Befugnis hat, einen neuen Block vorzuschlagen. Die Prämie, die Sie erhalten, steht im Verhältnis zu Ihrem Beitrag zum Pool.

Im PoS-Konsenssystem von Ethereum werden die Validierer nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, um alle 12 Sekunden neue Blöcke vorzuschlagen und Transaktionen in Slots zu validieren. 

Eingesetzte ETH dienen als Sicherheit; eine finanzielle Verpflichtung, die Sie davon abhalten soll, eine ungültige Transaktion zu validieren oder zu versuchen, doppelt auszugeben, da Ihr Einsatz als Strafe gekürzt oder beschlagnahmt werden kann. 

Proof-of-Stake  

Wir können die Ausführung, den Konsens und den Blockvorschlag zu einer vereinfachten End-to-End-Sequenz für eine ETH-Transaktion kombinieren, um besser zu verstehen, wie PoS funktioniert.

• Neue ETH-Transaktion, die mit einem privaten Schlüssel über eine Krypto-Wallet signiert wird, wobei eine Gebühr erhoben wird, um einen Validierer zu ermutigen, die Transaktion zu einem neuen Block hinzuzufügen. 

• Die Transaktion wird an einen Full Node übermittelt, der den Ausführungsclient betreibt, der gewährleistet, dass das Guthaben des Absenders die Gebühr abdecken kann und dass der private Schlüssel gültig ist.

• Der Node fügt den Block zu einem ausstehenden Bereich für neue Blöcke, dem sogenannten Mempool, hinzu und sendet ihn dann an andere Nodes, die dasselbe tun. 

• Ein Validierer wird nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, um einen Block für den aktuellen Slot vorzuschlagen und ihn dann zu erstellen und zu senden. Der Ausführungs-Client erzeugt die aktualisierte Zustandsänderung, und die Konsensschicht ermöglicht es dem Netz, sich auf die Reihenfolge dieses Beacon-Blocks zu einigen. 

• Der Beacon-Block wird an andere Nodes gesendet. Die Nodes führen ihn aus und bestätigen, dass es sich um den nächsten sequentiellen Block handelt, der zu ihrer lokalen Version der Ethereum-Blockchain hinzugefügt wird. 

• Der Validierer erhält die Prämie plus Gebühren.  

• Der Prozess wiederholt sich alle 12 Sekunden, wodurch der ETH-Vorrat wächst und die Ethereum-Blockchain, die historische Aufzeichnung von Zustands- und Bilanzänderungen, erweitert wird. 

Ethereum Tokenomics 

Tokenomics beschreibt, wie Verteilungs- und Belohnungsmechanismen das Angebot von Kryptowährungen und dessen Veränderung im Laufe der Zeit beeinflussen. Eine Erhöhung des Angebots führt zu einer Inflation, welche die Kaufkraft einer Währung und ihre Wirksamkeit als Wertaufbewahrungsmittel verringert.

Zum Start wurde eine bestimmte Menge Ethereum freigegeben, auch bekannt als „Pre-Mine“. Ein Teil davon wurde über ein Initial Coin Offering (ICO) der Öffentlichkeit zum Kauf angeboten, ein anderer Teil wurde an Gründer und Spender verteilt. 

Als Ethereum auf den Markt kam, verwendete es den gleichen Konsensmechanismus wie Bitcoin (Proof-of-Work). Aber ohne eine Angebotsobergrenze führten die Blockbelohnungen zu einer jährlichen Angebotsinflation in ETH von 4,5 %.

Zusätzlich zu den Block-Belohnungen gibt es für Ethereum-Validierer Anreize, Transaktionen und Zustandsänderungen zu neuen Blöcken hinzuzufügen. Dies gilt auch unter PoS, aber ein im August 2021 eingeführter Mechanismus zur Verbrennung eines Teils der Transaktionsgebühren hatte einen entscheidenden Einfluss auf die Tokenomics, wodurch die jährliche Inflation von Ethereum gegen Null ging.  

Bitcoin, Ethereum und the Merge 

Die Verringerung der Inflation von Ethereum hat wichtige Auswirkungen auf die Funktion von ETH als zuverlässiges Wertaufbewahrungsmittel und auf den Vergleich mit Bitcoin, das eine feste Obergrenze von 21 Millionen Einheiten hat.

Ethereum hat ein entscheidendes Unterscheidungsmerkmal, da es im September 2022 mit einem Update namens „the Merge“ von PoW zu PoS übergegangen ist. 

PoS gilt als energieeffizientere und umweltfreundlichere Alternative zu PoW, das viel Strom benötigt, um die Rechenleistung für die Validierung von Transaktionen und die Erstellung neuer Blöcke bereitzustellen.

Ethereum behauptet, dass PoS seinen Kohlenstoff-Fußabdruck um etwa 99,992 % reduziert hat, aber Kritiker argumentieren, dass das Staking-Modell und die Anforderungen zu einer Zentralisierung führen. 

Die Zukunft von Ethereum 

Mit dem Merge wurden die eingesetzten ETH gesperrt, was bedeutet, dass die Staker bis zum Shanghai-Update, das am 12. April 2023 stattfand, weder ihren ursprünglichen Einsatz noch ihre angesammelten Prämien abheben konnten. 

Nachdem das Staking freigeschaltet wurde (das zudem inflationsneutral ist), hoffen die Anleger nun darauf, dass die Prämien des Ethereum-Validators mit den festverzinslichen Erträgen des Anleihenmarkts mithalten können: Mit einem Wert von 133 Billionen US-Dollar entsprechen diese mehr als dem 100-fachen der Marktkapitalisierung des gesamten Krypto-Ökosystems.

Nach dem Merge ist Ethereum immer noch in der Anzahl der pro Sekunde verarbeiteten Transaktionen begrenzt, was die Kosten für den Blockspeicher in die Höhe treibt und zur Verbreitung von Layer-2-Lösungen geführt hat. Der Merge legte jedoch den Grundstein für die Verbesserung der Skalierbarkeit von Ethereum durch eine neue Funktion namens „Danksharding“. 

Danksharding ermöglicht eine neue temporäre Form des Blockspeichers, die so genannten Blobs, die mit der Zeit gelöscht werden können. Dadurch wird Blockspeicher frei, der am meisten zu den Gebühren beiträgt.

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